云環境的全數字語言實驗室建設與應用

黃勁 聶琳

【摘要】在語言實驗室建設改造中，通過把全數字語言實驗室技術與云服務技術的有機整合，可構建出新一代的云環境全數字語言實驗室，能夠很好地把外語課程教學和計算機小班教學結合起來，實現多室合一功能。開放式云實驗平臺的應用還能夠把多樣式課程教學仿真環境推送到實驗室以外的云端，從而進一步拓寬了實驗室的教學空間。

【關鍵字】全數字語言實驗室；云實驗平臺；虛擬仿真；多室合一

數字語言實驗室是從傳統電化教學語音室發展起來的產物。90年代起，隨著計算機多媒體技術發展，傳統電化教學語音室已逐步向第一代數字化的語言實驗室轉型。計算機網絡發展，為第二代網絡化的數字語言實驗室發展奠定了基礎。近年來，計算機網絡與云計算技術發展，以及全數字語言實驗室技術日漸成熟，為純軟件化的云環境全數字語言實驗室發展帶來了新契機。第三代的全數字語言實驗室，真正實現了從過去專用型硬件設備或部分專用型硬件設備的半數字化方式，向全通用型硬件設備的全數字化方式轉變，這將成為今后數字語言實驗室建設發展的主流方向。

經過近3年的逐步建設改造，我校大學城校區已完成了全部語言實驗室的升級改造。在云環境全數字語言實驗室建設改造過程，以及課程教學改革實踐中，我們進行了大量有益的研究和探索，獲得了許多云環境全數字語言實驗室建設和應用的寶貴經驗和發展思路。

一、 全數字化語言實驗室的構建

目前，成熟、穩定的全數字語言實驗室產品仍為數不多，我們只能在可挑選的幾家廠商產品中進行評測，從教學功能、使用方便性和穩定性、仿真環境兼容性和適應性、系統性價比等幾方面入手，篩選出綜合性能指標較好的卓軟全數字語言實驗室軟件，作為我們新一代數字語言實驗室升級改造的優選產品。

1. 系統硬件的組成

卓軟全數字語言教學系統采用主從工作站架構，教師端和學生端均可使用通用型計算機工作站設備。學生端工作站既可使用瘦終端設備（如升騰C30）方式，也可以使用強壯客戶端設備（如DELL Optiplex 3025或HP ProOne 480 G2的一體機）來進行配置，還可以選用高性能PC機作為學生端工作站。

實驗室內組成千兆網絡，網絡接入層交換機采用3臺24口千兆智能交換機（如H3C S5024PV2-EI或Huawei S5700-28P-LI-AC）進行級聯堆疊，可支持近60個節點的工作站聯網，并發使用。各實驗室網絡匯接到校園網中，互聯互通。同時，還通過專網，聯接到校區的云實驗平臺中（見圖1），以獲得更快的云服務響應速度。

2. 系統軟件的部署

全數字語言教學系統選用了純軟件的卓軟全數字語言實驗室軟件產品，以本地部署方式安裝運行，還可以使用云服務部署方式來安裝運行。使用本地部署方式，可節省大量云資源，提高全數字語言實驗室系統的運行速度和效率，系統使用起來更加簡便、高效和穩定。卓軟全數字語言實驗室系統，有V3.0 2015超值版和V3.0 2016專業版2種軟件版本，專業版具有更完整的外語專業教學功能。

3. 全數字語言實驗室軟件的功能

卓軟全數字語言實驗室軟件在教師端主機上進行集中控制和管理，可控制學生端的設備開/關；屏幕的顯示/廣播/黑屏；聲音廣播的開/關等，能夠開放學生端自主學習和上網使用，以及實現文件資源分發/收集等功能。還能夠實現語言教學的授課廣播、全體錄音、學生舉手發言、分組討論等功能，以及具有口語、聽力、聽寫、情景訓練，以及口語考試等外語教學的專業功能。專業版還增加了同聲傳譯訓練等教學功能。

二、云環境全數字語言實驗室的云實驗平臺

在全數字語言實驗室中，通過云桌面的虛擬化技術應用，不僅能夠解決外語教學中，教學環境多樣化、復雜化問題，還能夠在多室合一功能應用中，實現各種課程教學環境的虛擬化仿真。云桌面的虛擬化仿真應用，拓寬了課堂教學環境的空間，既可以滿足新（高）版本環境的使用，也可以適應舊（低）版本環境的使用需要。結合開放了云存儲等功能的云實驗平臺應用，還可以為實驗性課程教學，提供全方位服務支持。

云實驗平臺就是一個云服務數據中心，利用了校園網的網絡條件，可用于構建、部署和管理各種課程教學環境的云桌面應用。云實驗平臺采用混合云結構，根據不同課程的使用情況和具體要求，可選用私有云方式，或者公有云方式，以適應實驗室內外不同教學環境的實際使用需要。混合云還可以是多種云服務系統的綜合應用，既可以使用云桌面VDI技術的云晫（Vinzor）云服務、VMware云服務，也可以使用云桌面VOI技術的海光云服務，以滿足各種課程教學環境的靈活快速部署。

我們使用的云實驗平臺，以國內自主研發的云晫（Vinzor）云服務系統（如Huawei RH2288H V3 X 2）為主，可支持9間實驗室里450個云端的任意110個云端并發使用，也可支持校園網內移動云端的使用。海光云服務系統等其他云服務系統為輔，海光云服務系統可支持新建2間實驗室的110個云端并發使用。這樣的多種教學環境部署方式，不僅能滿足計算機程序設計類實驗課程的教學應用，還能很好地適合多媒體類實驗課程的教學應用。云晫（Vinzor）云服務系統（見圖2）主要功能包括： 能夠按照課程表，進行云桌面資源池建立和任務調度；云桌面（含課程、固定2種桌面）的快照制作；課室、課程的一鍵式部署和線性擴容；多平臺終端支持和管理；云服務數據中心的運行監控；數據存儲與備份等云服務教學應用功能。

三、云環境全數字語言實驗室的課程教學應用

云環境全數字語言實驗室的教學應用，一方面是外語課程的課堂教學應用；另一方面是外語課程外，其他課程的課堂教學應用。在外語課程教學中，新建系統基本上能適合多媒體情境化的語言教學，還能通過云桌面虛擬化仿真環境應用，滿足各種特殊環境的外語課程教學。如解決低版本PPT（office 2003）電子教案在高版本（office 2016）環境下，不能鏈接播放視音頻文件等問題。在外語課程之外的其他課程教學中，可利用云實驗平臺，在教師端和學生端的云端，進行各種課程教學環境的虛擬化仿真（見圖3）。云端的建立，只需在通用計算機上復制云客戶端軟件包，并啟動運行即可。或者，也可以采用云瀏覽器端的訪問方式來使用。

此外，我們還開展了外語課程之外，一系列示范性課程的教學改革實踐。選擇了數字媒體技術類的《數字影視技術》課程和《電子音樂合成技術與應用》課程，以及程序設計類的《ASP.NET動態網站開發實踐》課程，作為典型的示范性課程，進行云環境下的課程教學改革具體實踐。利用了大學城校區云實驗平臺，不僅把教學環境部署到云環境全數字語言實驗室的課堂教學使用，而且還使用云課程桌面方式，把課程教學環境推送到實驗室之外，供學生課外使用。這樣，在校園內就可讓學生隨時、隨地進行課程自主學習和實訓（見圖4），并保證課外實踐環境與課堂教學環境一致。結合課程教學需求，還可以使用云實驗平臺的云存儲功能，為每一個學生配置一定量的云存儲空間（一般為8G），方便學生把實驗過程的工程文件、臨時文件和數據保存起來，日后繼續進行編輯修改。

通過開放式云實驗平臺應用，課程任課老師還能夠在異地校區，使用云固定桌面和管理系統，進行課程教學環境的自行搭建、部署和管理。并且，能夠把部署好的教學環境，以云課程桌面方式，推送到校區實驗室內外的云端使用。也方便了任課老師進行課程教學設計，以及對教學資源整合。課程的云桌面資源控制，主要根據教學進度和課程表來規劃安排，由云實驗平臺管理系統進行動態配置和調度，并集中管理（見圖5）。課程教學時間外，不需要使用的云桌面資源，將由云管理系統控制統一回收，以減少云服務資源的開銷

四、實驗室構建和應用中值得關注的問題

在云環境全數字語言實驗室建設和應用中，結合我們對課程教學的具體實踐體會，我們認為多功能的云環境實驗室具有其自身特點，在實際教學使用過程中，應在以下幾點引起注意

1.云環境應用能滿足多環境教學需要，集中控制管理方便靈活。

雖然新建實驗室使用了新版本計算機系統軟件，能適合大部分課程教學環境的使用需要，但并不能滿足所有教學環境應用，總會有一些課程教學環境無法適用。利用云環境的虛擬桌面應用，能夠很好地滿足外語課程各種教學環境的使用需要，同時還能滿足外語課程之外，其他課程的多樣化教學環境使用需要。云部署的教學環境，可自行搭建，動態管理，集中維護，使用方便靈活。

2. 開放式云實驗平臺能更好適應多校區、多環境的應用

開放式云實驗平臺，不僅能方便地把各種老師教學環境和學生學習環境推送到實驗室云端上使用，而且還能夠在課外，推送環境到實驗室外的校園內云端使用，甚至在異地校區的移動云端使用。結合云盤等云服務功能應用，教學使用效果更佳。對于云實驗平臺的構建和使用，資源的分配和管理，則是一個云應用的策略和規劃問題，還涉及到云服務數據中心的系統搭建、設備配置、成本投入和使用授權等因素。

3.虛擬化的VDI和VOI應用，為教學環境部署帶來更大靈活性

在實驗室內，可根據不同課程教學的使用需要，選用云服務的VDI或VOI方式來部署各種實驗教學環境。對于多媒體技術類課程的實驗教學環境，更適合使用VOI方式推送環境到強壯終端，然后利用本地終端資源來計算及處理圖形密集型應用，如音視頻、大型設計及工業軟件等，這將大大降低對網絡和云服務器的依賴性，即使網絡中斷或服務器宕機，云端仍可繼續工作。數據既可采用集中云存儲，也可使用云端本地存儲，且云端應用數據不會因網絡或服務端故障而導致丟失。

4. 云應用與課程網站結合，有利于提高課程教學質量和效果

在課程教學過程中，特別是實踐性課程的教學上，把云實驗平臺應用與課程教學網站使用結合起來，有助于學生隨時、隨地進行開放式自主學習。利用云課程桌面推送的虛擬化教學環境，更好地保證了課程教學環境使用的一致性，尤其是學生在課堂外開展課程實踐所需要獲得的教學環境。利用云存儲等云服務功能的應用，還能夠使學生把教學實驗過程的文件和數據保存起來，為課程教學實踐帶來了便利。總體上，云服務應用能夠對提高課程教學的質量和效果，起到很好的促進作用。

五、結束語

云環境的全數字語言實驗室建設，充分利用了全數字化語言實驗室技術優勢，不僅能夠把外語教學的語言實驗室、口語實驗室、同傳實驗室功能融合于一室，而且通過混合云實驗平臺應用，還能夠把計算機實驗室、網絡實驗室、多媒體實驗室等多種實驗室的功能融合為一體。通過把全數字語言實驗室技術、云服務技術、視聽中控技術有機結合起來，使過去單一語言教學功能的語言實驗室，最終建設改造成為具有多室合一功能的云環境全數字語言實驗室，能夠融合外語教學和計算機小班教學于一室，實現了低成本建設改造成為具有多功能應用的一流實驗室。

云環境全數字語言實驗室全部使用了通用型硬件設備，除在實驗室設備選型，以及今后系統升級改造帶來極大的方便性和靈活性外，還能夠為實驗室多功能應用，以及系統資源全面整合提供有利的條件，也為今后課程教學改革打下了良好基礎。

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基金項目：2016年中山大學教學改革研究基金資助項目（No.68000-18822604）